Уда́рная иониза́ция — физическая модель, описывающая ионизацию атома при «ударе о него» электрона или другой заряженной частицы — например, позитрона , иона или « дырки ». Явление наблюдается как в газах, так и в твёрдых телах, например в полупроводниках.

В полупроводниках электрон или дырка, обладающие достаточно высокой кинетической энергией (по крайней мере превосходящей ширину запрещённой зоны ), могут ионизовать кристалл и создать в нём электронно-дырочную пару. В состояния с высокой энергией носители заряда попадают в сильном электрическом поле , а также при поглощении фотона или при инжекции (через туннельный барьер или гетеропереход с разрывом зон на границе).

Количественные характеристики

Для количественного описания ионизации в сильном поле ${\displaystyle F}$ служит коэффициент ударной ионизации (см ^-1 )

${\displaystyle \alpha _{ii}=a\,\exp(-b/F),\quad a={\rm {const}},\,\,b={\rm {const}}}$ .

Он задаёт число ионизаций, осуществляемых одним электроном, дыркой или другой частицей на единичном пути, и играет роль показателя интенсивности размножения. Символы ${\displaystyle ii}$ означают англ. impact ionization .

При моделировании, особенно методом Монте-Карло , поведения высокоэнергетичных носителей используют темп ударной ионизации ${\displaystyle \tau _{ii}^{-1}}$ (с ^-1 ) как функцию энергии. Темп — это обратное характерное время до соответствующего события, в данном случае до акта ионизации.

Мерой ударной ионизации может также выступать квантовый выход ${\displaystyle P_{ii}}$ — среднее число ионизаций, совершаемых частицей при движении в рассматриваемой области, например от инжекции до полной релаксации по энергии.

Для электронов в одном из основных материалов полупроводниковой техники — кремнии , ${\displaystyle \alpha _{ii}}$ составляет ${\displaystyle \sim 10^{3}}$ см ^-1 при ${\displaystyle F=2\cdot 10^{5}}$ В/см и ${\displaystyle 10^{5}}$ см ^-1 при ${\displaystyle F=5\cdot 10^{5}}$ В/см. Темп ${\displaystyle \tau _{ii}^{-1}(E)}$ (с ^-1 ) изменяется с энергией электрона ${\displaystyle E}$ , отсчитываемой в эВ от края зоны проводимости Si, примерно как ${\displaystyle 10^{11}(E-E_{g})^{4.6}}$ , а выход ${\displaystyle P_{ii}(E)}$ в случае ${\displaystyle F=0}$ равен 0.01 для ${\displaystyle E=2.1}$ эВ и 0.5 для ${\displaystyle E=3.6}$ эВ . Энергетическим порогом для ${\displaystyle \tau _{ii}^{-1}(E)}$ и ${\displaystyle P_{ii}(E)}$ , ниже которого эти величины равны нулю, является ширина запрещённой зоны ${\displaystyle E_{g}}$ (1.1 эВ).

Значимость ударной ионизации

См. также

• Лавинный пробой

Примечания

Литература

• Котельников И. А. Лекции по физике плазмы. Том 1: Основы физики плазмы. — 3-е изд. — СПб. : , 2021. — 400 с. — ISBN 978-5-8114-6958-1 .
• А. И. Лебедев. Физика полупроводниковых приборов. — М. : Физматлит , 2008. — 488 с. — ISBN 978-5-9221-0995-6 .

Это заготовка статьи по физике . Помогите Википедии, дополнив её.

Для улучшения этой статьи желательно : Дополнить статью (статья слишком короткая либо содержит лишь словарное определение ). Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники , подтверждающие написанное . Добавить иллюстрации . После исправления проблемы исключите её из списка. Удалите шаблон, если устранены все недостатки.